JPH04192459A - Semiconductor memory cell - Google Patents

Semiconductor memory cell

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JPH04192459A
JPH04192459A JP2321003A JP32100390A JPH04192459A JP H04192459 A JPH04192459 A JP H04192459A JP 2321003 A JP2321003 A JP 2321003A JP 32100390 A JP32100390 A JP 32100390A JP H04192459 A JPH04192459 A JP H04192459A
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insulating film
electrode
memory cell
film
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Yasuo Naruge
成毛 康雄
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Abstract

PURPOSE:To perform a writing operation with a small power, and to provide excellent universality, reliability and high integration by providing an insulating film to be dielectrically broken down upon heating by heat generated from a heat generator in a state that a predetermined voltage is applied from electrodes and to control stored data to be output to a bit line in breakdown state and in a non-breakdown state. CONSTITUTION:An FETM 1 is conducted in a state that a predetermined voltage is applied to an insulating film 11, the film 11 is heated by heat generated by supplying a current to a heat generator 12 through a writing bit line WB, the film 11 is broken down to shorten the FETM 1 to the generator 12, thereby writing. If the film 22 is broken down to be short-circuited, the potential of a reading bit line RB is lowered, while if the film 22 is not broken down, the potential of the line RB is not lowered, and stored data is read by the potential change. Thus, power of the writing operation can be reduced without complicating a manufacturing process, excellent universality and reliability as well as high integration are provided.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、非可逆的な構造を有する不揮発性の半導体
メモリセルに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory cell having an irreversible structure.

(従来の技術) 従来、構造破壊型の不揮発性FROMにおけるメモリセ
ルとしては、ヒユーズ溶断型あるいは接合短絡型が知ら
れている。
(Prior Art) Conventionally, fuse blowing type or junction shorting type memory cells in structurally destructive nonvolatile FROM are known.

第12図はヒユーズ溶断型のFROMにおけるヒユーズ
の構造を示す図であり、同図(a)は平面図、同図(b
)は断面図である。
FIG. 12 is a diagram showing the structure of a fuse in a fuse blowing type FROM, where (a) is a plan view and (b) is a plan view.
) is a cross-sectional view.

第12図において、半導体基板1上に絶縁膜2を介して
溶断部が括れた多結晶シリコンやニクロム合金等からな
るヒユーズ3が形成されている。
In FIG. 12, a fuse 3 made of polycrystalline silicon, nichrome alloy, or the like is formed on a semiconductor substrate 1 with an insulating film 2 in between and has a narrowed fuse section.

このヒユーズ3には、その両端に形成された電極4に印
加される電圧により電流が流され、この電流とヒユーズ
3の抵抗とにより発生するジュール熱で括れた部分が溶
断される。
A current is caused to flow through the fuse 3 by a voltage applied to electrodes 4 formed at both ends thereof, and the constricted portion is fused by Joule heat generated by this current and the resistance of the fuse 3.

このようにして、ヒユーズ3を溶断するためには、ヒユ
ーズ3をかなり高温状態にする必要がある。このために
は、ヒユーズ3に数十mA以上の大電流を供給しなけれ
ばならない。したがって、ヒユーズ3に大電流を供給す
る回路が必要となる。
In order to blow out the fuse 3 in this way, it is necessary to bring the fuse 3 to a considerably high temperature. For this purpose, a large current of several tens of mA or more must be supplied to the fuse 3. Therefore, a circuit that supplies a large current to the fuse 3 is required.

ヒユーズ3に大電流を供給する回路を、電界効果トラン
ジスタ(FET)で構成した場合には、電流駆動能力を
高めるためにFETを大型化しなければならない。しか
しながら、FETを大型化すると、占有面積が増大する
ことになり、高集積化の障害となる。
If the circuit for supplying a large current to the fuse 3 is constructed using a field effect transistor (FET), the FET must be made larger in order to increase the current drive capability. However, increasing the size of the FET increases the area it occupies, which becomes an obstacle to high integration.

そこで、ヒユーズ3に大電流を供給する回路を電流駆動
能力の高いバイポーラトランジスタで構成すれば、上記
不具合は解消される。しかしなから、バイポーラトラン
ジスタを使用するため、製造プロセスの異なる例えばM
OSトランジスタを使用したメモリセルに適用するのは
困難となる。
Therefore, if the circuit for supplying a large current to the fuse 3 is composed of a bipolar transistor with a high current driving ability, the above-mentioned problem can be solved. However, because bipolar transistors are used, the manufacturing process is different, for example, M
It is difficult to apply this to memory cells using OS transistors.

したがって、バイポーラトランジスタを使用した場合に
は、用途がかなり制限されてしまう。
Therefore, when bipolar transistors are used, the applications are considerably limited.

一方、ヒユーズ3を溶断し易くするため、第12図に示
すように、溶断部上のパ・ソシベーション膜5を開口す
ることによって、溶断部のヒユーズ3表面を露出させ、
溶断部ての熱伝導を抑制するようにしている。このため
、パッシベーション膜5が除去された部分において、外
部からの悪影響を受は易くなり、信頼性の低下を引き起
すことになる。
On the other hand, in order to make it easier to blow out the fuse 3, as shown in FIG.
Heat conduction at the fused part is suppressed. Therefore, the portion where the passivation film 5 has been removed is more likely to be affected by external influences, resulting in a decrease in reliability.

また、溶断部上のパッシベーション膜5か開口されてい
るので、溶断時に発生して散乱するイオンをトラップし
て周辺への悪影響を防止するためのガードリング(保護
領域)か必要となる。このため、ヒユーズとメモリセル
を構成するトランジスタとの間に間隔を設けなければな
らす、高集積化の障害になっていた。
Furthermore, since the passivation film 5 above the fusing part is opened, a guard ring (protection area) is required to trap ions generated and scattered during the fusing and prevent adverse effects on the surrounding area. For this reason, a space must be provided between the fuse and the transistor constituting the memory cell, which is an obstacle to high integration.

さらに、ヒユーズ溶断型にあっては、ヒユーズが溶断さ
れた瞬間に、それまで流れていた大電流が遮断されるた
めに、アンダーシュート現象を誘゛発しノイズを発生さ
せることになる。このため、周辺の素子に対して誤動作
や特性劣化を生しさせるおそれがあった。
Furthermore, in the fuse blowing type, the moment the fuse blows, the large current that had been flowing is cut off, which induces an undershoot phenomenon and generates noise. For this reason, there is a risk of malfunction or characteristic deterioration of peripheral elements.

第13図はP−N接合短絡型のFROMにおけるメモリ
セルの要部断面構造を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a memory cell in a PN junction short-circuit type FROM.

第13図において、半導体基板1に形成されたP型頭域
6をコレクタとしN型領域7をベースとするバイポーラ
トランジス′りのエミッタをなすP型領域8内にN型領
域9が形成され、P型頭域8とN型領域9でP−N接合
ダイオードが形成されている。
In FIG. 13, an N-type region 9 is formed in a P-type region 8 forming an emitter of a bipolar transistor formed in a semiconductor substrate 1, with a P-type head region 6 as a collector and an N-type region 7 as a base. A P-N junction diode is formed by the P-type head region 8 and the N-type region 9.

このようなP−N接合において、N型領域9に逆バイア
ス電圧を印加して降伏電流を流し、この電流によりP−
N接合部の温度を上昇させる。これにより、N型領域9
上に形成された金属電極10のアロイスパイクを誘発さ
せて、金属電極10とN型領域9との共晶合金の成長に
よりP−N接合を短絡させ、書込みを行なうようにして
いる。
In such a P-N junction, a reverse bias voltage is applied to the N-type region 9 to cause a breakdown current to flow, and this current causes a P-N junction to flow.
Increase the temperature of the N junction. As a result, the N-type region 9
Writing is performed by inducing an alloy spike in the metal electrode 10 formed above to short-circuit the PN junction by growth of a eutectic alloy between the metal electrode 10 and the N-type region 9.

このような構造の書込み動作において、P−N接合が短
絡した瞬間には、P’−N接合部での電圧降下が小さく
なり、大電流が流れてしまう。このため、書込み時にP
−N接合に電流を供給する回路には、この大電流で破壊
されないような大型のトランジスタか必要となり、構成
の縮小化を困難にしていた。
In a write operation of such a structure, the moment the P-N junction is short-circuited, the voltage drop at the P'-N junction becomes small and a large current flows. Therefore, when writing, P
The circuit that supplies current to the -N junction requires a large transistor that cannot be destroyed by this large current, making it difficult to downsize the structure.

(発明が解決しようとする課題) 以上説明したように、従来のFROMのメモリセルを代
表するヒユーズ溶断型や接合短絡型にあっては、データ
の書込み動作に大電流がメモリセルに流れることになる
。このため、この大電流を可能とする回路構成が必要に
なっていた。したがって、これを実現するためには、使
用素子が限定されたり、構成の大型化による高集積化の
障害を招いていた。
(Problems to be Solved by the Invention) As explained above, in the fuse-blown type and junction-shorted type, which are representative of conventional FROM memory cells, a large current flows through the memory cell during data write operation. Become. Therefore, a circuit configuration that can handle this large current has become necessary. Therefore, in order to realize this, the elements to be used are limited, and the structure becomes larger, causing obstacles to high integration.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり
、その目的とするところは、製造プロセスの複雑化を招
くことなく、低電力での書込み動作を可能とし、汎用性
、信頼性に優れ、高集積化に寄与することができる半導
体メモリセルを提供することにある。
Therefore, this invention was made in view of the above, and its purpose is to enable a write operation with low power without complicating the manufacturing process, and to provide excellent versatility and reliability. Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory cell that can contribute to high integration.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、選
択的に発熱制御される発熱体と、所定の電圧を選択的に
印加する電極と、前記電極から所定の電圧が印加された
状態で前記発熱体から発生する熱により加熱されて絶縁
破壊し、破壊状態と非破壊状態とでビット線に出力され
る記憶データを制御する絶縁膜とがら構成される。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a heating element that selectively controls heat generation, and a heating element that selectively applies a predetermined voltage. an electrode, and an insulation that is heated by heat generated from the heating element when a predetermined voltage is applied from the electrode and causes dielectric breakdown, and controls stored data output to the bit line in a broken state and a non-destructive state. It consists of a membrane and a shell.

一方、上記目的を達成するために、請求項2記載の発明
は、選択的に発熱制御される発熱体と、所定の電圧を選
択的に印加する電極と、前記電極から所定の電圧が印加
された状態で前記発熱体から発生する熱により加熱され
て短絡し、短絡状態と非短絡状態とでビット線に出力さ
れる記憶データを制御する整流性接合領域とがら構成さ
れる。
On the other hand, in order to achieve the above object, the invention according to claim 2 provides a heating element that selectively controls heat generation, an electrode to which a predetermined voltage is selectively applied, and a predetermined voltage applied from the electrode. The rectifying junction region is heated by the heat generated from the heating element in the short-circuited state and short-circuited, and controls the stored data output to the bit line in the short-circuited state and the non-shorted state.

(作用) 上記構成において、請求項1記載の発明は、所定の電圧
を印加した状態で発熱体から発生する熱によって絶縁膜
を加熱して絶縁破壊することで書込み動作を行ない、絶
縁膜の破壊、非破壊に応じてビット線の電位を制御して
読み出し動作を行なうようにしている。
(Function) In the above configuration, the invention according to claim 1 performs a writing operation by heating the insulating film with the heat generated from the heating element while applying a predetermined voltage to cause dielectric breakdown, and causing the insulating film to break down. The read operation is performed by controlling the potential of the bit line in a non-destructive manner.

一方、上記構成において、請求項2記載の発明は、所定
の電圧を印加した状態で発熱体から発生する熱によって
整流性接合領域を加熱して短絡させることで書込み動作
を行ない、整流性接合領域の短絡、非短絡に応じてビッ
ト線の電位を制御して読み出し動作を行なうようにして
いる。
On the other hand, in the above configuration, the invention according to claim 2 performs a write operation by heating the rectifying junction region with heat generated from a heating element while applying a predetermined voltage to short-circuit the rectifying junction region. The read operation is performed by controlling the potential of the bit line depending on whether the bit line is short-circuited or not.

(実施例) 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図はこの発明の第1の実施例に係わるメモリセルの
要部構造を示す図であり、同図(a)は平面図、同図(
b)は断面図である。第1図に示す実施例は、絶縁膜を
破壊することによって書込みを行なうようにしたもので
あり、被破壊体と破壊体をそれぞれ別々に構成したもの
である。
FIG. 1 is a diagram showing the main structure of a memory cell according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1(a) is a plan view and FIG.
b) is a cross-sectional view. In the embodiment shown in FIG. 1, writing is performed by destroying an insulating film, and the object to be destroyed and the object to be destroyed are each constructed separately.

まず、第1図に示す構造を説明する前に、第1図に示す
要部構造を使用したメモリセルの一構成及びその動作を
、第9図に示す等価回路図を用いて説明する。
First, before explaining the structure shown in FIG. 1, the structure and operation of a memory cell using the main structure shown in FIG. 1 will be explained using the equivalent circuit diagram shown in FIG.

第9図において、メモリセルは、一方面が読出しワード
線RWの電位て導通制御されるFET(電界効果トラン
ジスタ)Mlを介して読出しビット線RBに接合された
薄い絶縁膜(容量)11と、書込みワード線WWの電位
で導通制御されるFETM2と直列接続されて書込みビ
ット線WBとグランドとの間に接続され、絶縁膜11の
他方面に接して絶縁膜11を加熱する抵抗からなる発熱
体12とで構成されている。
In FIG. 9, the memory cell includes a thin insulating film (capacitor) 11 on one side of which is connected to the read bit line RB via an FET (field effect transistor) Ml whose conduction is controlled by the potential of the read word line RW; A heating element made of a resistor that is connected in series with FETM2 whose conduction is controlled by the potential of the write word line WW, is connected between the write bit line WB and the ground, and is in contact with the other surface of the insulating film 11 to heat the insulating film 11. It consists of 12.

このような構成において、容量を構成する絶縁膜11を
破壊することによってメモリセルへのデータの書込みを
行なうようにしている。すなわち、FETMIを導通状
態とし、読出しビット線RBからFETMIを介して絶
縁膜11に所定の電圧を印加した状態において、FET
MIを導通状態にして、書込みビット線WBを介して発
熱体12に電流を流すことによって発生する熱で絶縁膜
11を加熱する。これによって、絶縁膜11を破壊して
FETMIと発熱体12を短絡状態とし、書込みを行な
う。
In such a configuration, data is written into the memory cell by destroying the insulating film 11 forming the capacitor. That is, in a state where FETMI is in a conductive state and a predetermined voltage is applied from read bit line RB to insulating film 11 via FETMI, FET
The insulating film 11 is heated by the heat generated by making MI conductive and passing a current through the heating element 12 via the write bit line WB. As a result, the insulating film 11 is destroyed, the FETMI and the heating element 12 are short-circuited, and writing is performed.

次に、読出し動作について説明する。Next, the read operation will be explained.

読出し動作を行なう場合には、まず、FETMl、M2
を非導通状態とし、書込みビット線WBをグランドに接
続し、読出しビット線RBをプリチャージする。このよ
うな状態において、FETMlを導通状態にして、読出
しビット線RBの電位変化を読出しビット線RBに接続
されているセンスアンプ(図示せず)により検出する。
When performing a read operation, first, FET Ml, M2
is rendered non-conductive, the write bit line WB is connected to ground, and the read bit line RB is precharged. In this state, FET M1 is rendered conductive, and a change in the potential of the read bit line RB is detected by a sense amplifier (not shown) connected to the read bit line RB.

すなわち、絶縁膜11が破壊されて短絡状態にある場合
には、読出しビット線RBの電位は低下し、絶縁膜11
が破壊されていない場合には、読出しビット線RBの電
位は低下せず、この電位変化により記憶データの読出し
動作が行なわれる。
That is, when the insulating film 11 is broken and is in a short-circuit state, the potential of the read bit line RB decreases, and the insulating film 11
If the bit line RB is not destroyed, the potential of the read bit line RB does not drop, and the stored data is read out by this potential change.

次に、第1図に戻って、上記メモリセルの要部構造を説
明する。
Next, returning to FIG. 1, the main structure of the memory cell will be explained.

第1図において、例えばP型の半導体基板13上にはフ
ィールド酸化膜14に周囲を囲まれた薄い酸化膜15か
、例えば200A程度の厚さに形成されており、メモリ
セルのトランジスタのゲート酸化膜を形成する際に同時
に形成される。この酸化膜15か第9図に示した絶縁膜
11に相当するものである。
In FIG. 1, for example, a thin oxide film 15 surrounded by a field oxide film 14 is formed on a P-type semiconductor substrate 13 to a thickness of, for example, about 200A, and gate oxide of a transistor of a memory cell is formed. It is formed simultaneously when forming the film. This oxide film 15 corresponds to the insulating film 11 shown in FIG.

この酸化膜15に接して、酸化膜15下の半導体基板1
3中には、N型の拡散層16がイオン注入によって形成
されている。一方、酸化膜15に接して、酸化膜15上
に0.7μm程度の幅で4000A程度の厚さの多結晶
シリコン17か形成され、多結晶シリコン17の両端上
には電極18が形成されている。この多結晶シリコン1
7か第9図に示す発熱体12に相当するものである。
In contact with this oxide film 15, the semiconductor substrate 1 under the oxide film 15
3, an N-type diffusion layer 16 is formed by ion implantation. On the other hand, polycrystalline silicon 17 having a width of about 0.7 μm and a thickness of about 4000 A is formed on the oxide film 15 in contact with the oxide film 15, and electrodes 18 are formed on both ends of the polycrystalline silicon 17. There is. This polycrystalline silicon 1
This corresponds to the heating element 12 shown in FIG.

このような構造において、拡散層16に10V程度の電
圧を供給して酸化膜15の一方面に電圧を印加した状態
で抵抗体の多結晶シリコン17に5mA程度の電流を流
す。これにより、多結晶シリコン17は600℃〜80
0℃程度の温度に上昇し、このジュール熱によって酸化
膜15か加熱されて絶縁破壊され、拡散層16と多結晶
シリコン17とが短絡される。なお、酸化膜15に電圧
を与えるのは、破壊を促進させて容易にするためである
In such a structure, a voltage of about 10 V is supplied to the diffusion layer 16, and a current of about 5 mA is caused to flow through the polycrystalline silicon 17 of the resistor while the voltage is applied to one side of the oxide film 15. As a result, the polycrystalline silicon 17 is heated to 600°C to 80°C.
The temperature rises to about 0.degree. C., and the Joule heat heats the oxide film 15, causing dielectric breakdown, and short-circuiting the diffusion layer 16 and polycrystalline silicon 17. Note that the reason for applying voltage to the oxide film 15 is to promote and facilitate destruction.

このように、低電圧、低電流によって絶縁膜を、破壊す
ることによって、メモリセルへの書込み動作を達成する
ことができる。また、従来の接合短絡型のように、短絡
された瞬間に大電流か流れるということも回避される。
In this way, by destroying the insulating film with low voltage and low current, a write operation to the memory cell can be achieved. Furthermore, unlike the conventional short-circuited junction type, it is avoided that a large current flows at the moment of short-circuiting.

したがって、これらのことがら、データを書込むために
大型のFETやバイポーラトランジスタを用いる必要が
なくなり、通常用いられている程度のサイズのFETで
十分に対応可能となる。これによって、集積度を向上さ
せることができるようになる。
Therefore, it is no longer necessary to use a large FET or bipolar transistor to write data, and an FET of a size that is normally used can suffice. This makes it possible to improve the degree of integration.

また、全面に形成されるパッシベーション膜(図示せず
)を酸化膜15上で開口して除去する必要はなくなるの
で、信頼性の低下を招くことはなくなる。
Further, since it is no longer necessary to open and remove the passivation film (not shown) formed over the entire surface on the oxide film 15, there is no reduction in reliability.

さらに、従来の技術で説明したガードリング領域も不要
となるため、酸化膜15が形成される領域と周辺のトラ
ンジスタとの距離を、従来に比べて短くできる。また、
被破壊体となる酸化膜15と破壊体となる拡散層16及
び多結晶シリコン17がそれぞれ別々の構成となってい
るが、それぞれは基板13に対して縦方向に配置形成さ
れているため、それぞれ別々の構成であっても面積を増
加させることはない。これらのことがら、メモリルの占
有面積を大幅に縮小することができ、高集積化に寄与す
ることができる。
Furthermore, since the guard ring region described in the related art is not required, the distance between the region where the oxide film 15 is formed and the surrounding transistors can be made shorter than in the prior art. Also,
The oxide film 15 as the object to be destroyed, the diffusion layer 16 and the polycrystalline silicon 17 as the objects to be destroyed have separate structures, but since each is formed vertically with respect to the substrate 13, Separate configurations do not increase the area. These factors can significantly reduce the area occupied by the memory memory, contributing to higher integration.

さらに、酸化膜15が破壊されて拡散層16と多結晶シ
リコン17が短絡されても、大電流か瞬間的に流れたり
瞬間的に遮断されたりすることはないので、書込み時に
ノイズか発生するということも防止できる。
Furthermore, even if the oxide film 15 is destroyed and the diffusion layer 16 and the polycrystalline silicon 17 are short-circuited, a large current will not flow instantaneously or be cut off instantaneously, so noise will be generated during writing. It can also be prevented.

なお、酸化膜15を破壊する時の電圧電流値は、酸化膜
15の形状や多結晶シリコン17の抵抗値によって決定
される。また、拡散層16はP型てあっでもよく、基板
13と逆導電型であればよ0゜第2図はこの発明の第2
の実施例の構造を示す図であり、同図(a)は平面図、
同図(b)は断面図である。なお、以下に示す図面にお
いて、第1図と同符号のものは同一物であり、その説明
は省略する。
Note that the voltage and current value at which the oxide film 15 is destroyed is determined by the shape of the oxide film 15 and the resistance value of the polycrystalline silicon 17. Further, the diffusion layer 16 may be of P type, as long as it is of a conductivity type opposite to that of the substrate 13.
FIG.
Figure (b) is a cross-sectional view. In the drawings shown below, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same, and the explanation thereof will be omitted.

第2図に示す第2の実施例の特徴とするところは、被破
壊体となる絶縁膜19を、フィールド酸化膜14上に形
成された矩形状の多結晶シリコン20の周面に形成し、
発熱体となる多結晶シリコン21を絶縁膜19を被覆す
るように形成したことにある。この絶縁膜19は、多結
晶シリコン20を酸化して形成される多結晶シリコン酸
化膜、あるいはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を積層
してなる多層膜(ONO膜)で形成されている。
The feature of the second embodiment shown in FIG. 2 is that an insulating film 19 serving as an object to be destroyed is formed on the circumferential surface of a rectangular polycrystalline silicon 20 formed on a field oxide film 14,
This is because polycrystalline silicon 21 serving as a heating element is formed to cover insulating film 19. This insulating film 19 is formed of a polycrystalline silicon oxide film formed by oxidizing polycrystalline silicon 20, or a multilayer film (ONO film) formed by stacking a silicon oxide film and a silicon nitride film.

このような構造にあっては、絶縁膜19の下地となる多
結晶シリコン20に電圧を印加した状態で多結晶シリコ
ン21に電流を流すことにより発生する熱によって絶縁
膜19を加熱して、絶縁膜19を破壊するようにしてい
る。このような破壊過程において、絶縁膜19は平坦な
部分に比して絶縁破壊が生じ易い角部を有しているので
、前述した実施例に比して絶縁破壊を起し易いという特
徴を有している。
In such a structure, the insulating film 19 is heated by heat generated by passing a current through the polycrystalline silicon 21 while a voltage is applied to the polycrystalline silicon 20 forming the base of the insulating film 19. The membrane 19 is destroyed. In such a breakdown process, the insulating film 19 has corners where dielectric breakdown is more likely to occur than flat parts, so it has the characteristic that dielectric breakdown is more likely to occur than in the embodiments described above. are doing.

第3図はこの発明の第3の実施例の構造を示す図であり
、同図(a)は平面図、同図(b)は断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of a third embodiment of the present invention, with FIG. 3(a) being a plan view and FIG. 3(b) being a sectional view.

第3図に示す第3の実施例の特徴とするところは、多結
晶シリコン酸化膜あるいはONO膜からなる絶縁膜22
を、フィールド酸化膜14上に形成されて発熱体12と
なる多結晶シリコンあるいは高融点シリサイドの上に形
成し、絶縁膜22の上にアルミ合金あるいは高融点シリ
サイドからなる電極23を形成した構造にある。
The third embodiment shown in FIG. 3 is characterized by an insulating film 22 made of a polycrystalline silicon oxide film or an ONO film.
is formed on polycrystalline silicon or high melting point silicide which is formed on the field oxide film 14 and becomes the heating element 12, and an electrode 23 made of aluminum alloy or high melting point silicide is formed on the insulating film 22. be.

このような構造にあっては、発熱体12から発生する熱
によって絶縁膜22上の電極23は、加熱されてアロイ
スパイクを生じ絶縁膜22と共晶合金を形成し、これに
より、絶縁膜22が破壊される。したがって、この実施
例にあっては、電極23から絶縁膜22に印加される電
圧が、前述した実施例に比して低い値で絶縁破壊を引き
起すことが可能となり、書込み動作の低電圧化を図るこ
とができる。 ′ 第4図は第4の実施例の構造を示す断面図である。
In such a structure, the electrode 23 on the insulating film 22 is heated by the heat generated from the heating element 12, forming alloy spikes and forming a eutectic alloy with the insulating film 22. is destroyed. Therefore, in this embodiment, the voltage applied from the electrode 23 to the insulating film 22 can cause dielectric breakdown at a lower value than in the above-mentioned embodiments, and the write operation can be performed at a lower voltage. can be achieved. ' FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the fourth embodiment.

同図に示す実施例の特徴とするところは、半導体基板1
3中の表層部に低濃度で比較的浅く形成された拡散層2
4によって発熱体を形成し、この拡散層24上に基板1
3を酸化して得られる酸化膜からなる絶縁膜25を形成
し、この絶縁膜25上にアルミ合金からなる電極26を
形成した構造にある。
The feature of the embodiment shown in the figure is that the semiconductor substrate 1
Diffusion layer 2 formed relatively shallowly with low concentration on the surface layer of 3.
4 forms a heating element, and the substrate 1 is placed on this diffusion layer 24.
In this structure, an insulating film 25 made of an oxide film obtained by oxidizing 3 is formed, and an electrode 26 made of an aluminum alloy is formed on this insulating film 25.

このような構造において、電極26に電圧を印加した状
態で、拡散層24に接してその両側に形成された高濃度
の拡散層27をコンタクト領域とする電極28間に電圧
を印加して、拡散層24に例えば10mA程度の電流を
流す。これにより、拡散層24て発生した熱により絶縁
膜25を加熱し、第3の実施例と同様にして絶縁膜25
を破壊する。したがって、このような構造にあっても、
第3の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。
In such a structure, while a voltage is applied to the electrode 26, a voltage is applied between the electrodes 28 whose contact regions are the high concentration diffusion layers 27 formed on both sides of the diffusion layer 24, thereby causing diffusion. For example, a current of about 10 mA is passed through the layer 24. As a result, the insulating film 25 is heated by the heat generated by the diffusion layer 24, and the insulating film 25 is heated in the same manner as in the third embodiment.
destroy. Therefore, even with this structure,
It is possible to obtain the same effects as in the third embodiment.

第5図は第5の実施例の構造を示す図であり、同図(a
)は平面図、同図(b)は断面図、同図(C)は同図(
b)のB−B線にそった断面図である。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of the fifth embodiment, and FIG.
) is a plan view, (b) is a cross-sectional view, and (C) is a plan view (
It is a sectional view along line BB of b).

第5図に示す実施例の特徴とするところは、前述した実
施例で示した絶縁膜に代えて整流特性を有するショット
キー接合を発熱体から発生する熱によって破壊すること
によって、書込み動3作を行なうようにしたものである
。回路構成は第10図の等価回路図に示すように、ショ
ットキー接合ダイオード29が書込みビット線WBとF
ETMIとの間に接続されて構成され、読出し動作はシ
ョットキー接合を逆バイアス状態にして行なわれる。
The feature of the embodiment shown in FIG. 5 is that, instead of the insulating film shown in the previous embodiment, a Schottky junction having rectifying properties is destroyed by heat generated from a heating element, so that three write operations can be performed. It was designed to do this. As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 10, the circuit configuration is such that a Schottky junction diode 29 connects write bit lines WB and F.
The read operation is performed with the Schottky junction in a reverse bias state.

第10図に示す回路構成を実現するために、第5図に示
すように、基板13に形成された拡散層30とこの拡散
層30上に接して形成されたアルミ合金からなる電極3
1とによってショットキー接合か形成され、周囲と絶縁
された多結晶シリコンあるいは高融点シリサイドからな
る発熱体12が、第5図(C)に示すようにショットキ
ー接合の近傍に形成されている。
In order to realize the circuit configuration shown in FIG. 10, as shown in FIG.
1 to form a Schottky junction, and a heating element 12 made of polycrystalline silicon or high melting point silicide insulated from the surroundings is formed near the Schottky junction as shown in FIG. 5(C).

このような構造においては、電極31に5V程度の電圧
を印加した状態で、発熱体12に5mA程度の電流を流
して発生する熱でショットキー接合を加熱することによ
り、拡散層30と電極31との共晶合金が形成され、こ
れによりショットキー接合が破壊される。
In such a structure, the diffusion layer 30 and the electrode 31 are heated by heating the Schottky junction with the heat generated by passing a current of about 5 mA through the heating element 12 while applying a voltage of about 5 V to the electrode 31. A eutectic alloy is formed, which destroys the Schottky junction.

第6図は第6の実施例の構造を示す図であり、同図(a
)は平面図、同図(b)は断面図である。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the sixth embodiment, and FIG.
) is a plan view, and (b) is a sectional view.

この実施例の特徴とするところは、基板13に形成され
た低濃度の拡散層32とこの拡散層32上に接して形成
されたアルミ合金からなる電極33とでショットキー接
合ダイオード34を形成し、ショットキー接合の一方を
形成する拡散層32で発熱体も構成したことにあり、回
路構成は第11図の等価回路図に示すようになる。
The feature of this embodiment is that a Schottky junction diode 34 is formed by a low concentration diffusion layer 32 formed on a substrate 13 and an electrode 33 made of an aluminum alloy formed on and in contact with this diffusion layer 32. The heating element is also constructed from the diffusion layer 32 forming one side of the Schottky junction, and the circuit configuration is as shown in the equivalent circuit diagram of FIG.

このような構造においては、電極33に5V程度の電圧
を印加した状態で、拡散層32の両側の基板13に形成
された高濃度の拡散層34をコンタクト領域とする電極
35間に電圧を印加して拡散層32に10mA程度の電
流を流し、これにより発生した熱でショットキー接合を
加熱して破壊するようにしている。
In such a structure, while a voltage of about 5 V is applied to the electrode 33, a voltage is applied between the electrodes 35 whose contact regions are the highly concentrated diffusion layers 34 formed on the substrate 13 on both sides of the diffusion layer 32. Then, a current of about 10 mA is passed through the diffusion layer 32, and the heat generated thereby heats and destroys the Schottky junction.

第7図は第7の実施例の構造を示す図であり、同図(a
)は平面図、同図(b)は断面図である。
FIG. 7 is a diagram showing the structure of the seventh embodiment, and FIG.
) is a plan view, and (b) is a sectional view.

第7図に示す実施例の特徴とするところは、前述した実
施例に示したショットキー接合ダイオードに代えて、P
’−N接合ダイオードを形成したことにあり、回路構成
は第11図に示すようになる。
The feature of the embodiment shown in FIG. 7 is that a P
The reason is that a '-N junction diode is formed, and the circuit configuration is as shown in FIG.

第7図において、基板13に例えばボロンのイオン注入
により形成されたP型の拡散層36と、この拡散層36
中に例えばヒ素のイオン注入により浅く形成された高濃
度でN型の拡散層37とでP−N接合が形成され、拡散
層37上に接してアルミ合金からなる電極38が形成さ
れ、拡散層36によって発熱体が形成されている。
In FIG. 7, a P-type diffusion layer 36 formed in the substrate 13 by, for example, boron ion implantation, and this diffusion layer 36 are shown.
A P-N junction is formed with a high concentration N-type diffusion layer 37 formed shallowly by, for example, arsenic ion implantation, and an electrode 38 made of an aluminum alloy is formed in contact with the diffusion layer 37. 36 forms a heating element.

このような構造において、電極38に接合耐圧以上の逆
バイアス電圧を印加して逆バイアス状態とし、P型の拡
散層360両側の基板13に形成されたコンタクト領域
3つ上に形成された電極40間に電圧を印加してP型の
拡散層36に5〜10mA程度の電流を流す。これによ
り、拡散層36て発生した熱で電極38か加熱されて、
電極38にアロイスパイクか生し、拡散層36.37と
アルミ電極38との共晶合金の成長によりP−N接合が
破壊される。読出し動作は、P−N接合に接合耐圧以下
の逆バイアス電圧を印加して行なわれる。
In such a structure, a reverse bias voltage higher than the junction breakdown voltage is applied to the electrode 38 to bring it into a reverse bias state, and the electrode 40 formed on the three contact regions formed on the substrate 13 on both sides of the P-type diffusion layer 360 A voltage is applied between them to cause a current of about 5 to 10 mA to flow through the P-type diffusion layer 36. As a result, the electrode 38 is heated by the heat generated by the diffusion layer 36,
An alloy spike is formed on the electrode 38, and the PN junction is destroyed by the growth of the eutectic alloy between the diffusion layers 36 and 37 and the aluminum electrode 38. A read operation is performed by applying a reverse bias voltage below the junction breakdown voltage to the PN junction.

第8図は第8の実施例の構造を示す図であり、同図(a
)は平面図、同図(b)は断面図である。
FIG. 8 is a diagram showing the structure of the eighth embodiment, and FIG.
) is a plan view, and (b) is a sectional view.

第8図に示す実施例の特徴とするところは、第8図に示
すように、P型の拡散層41とこの拡散層42とがらな
るP−N接合を、このP’−N接合の近傍に周囲と絶縁
されて形成された多結晶シリコンあるいは高融点シリサ
イドからなる発熱体12で発生する熱によって、N型の
拡散層42上に接して形成されたアルミ合金からなる電
極43を加熱して、第7の実施例と同様にP−N接合を
破壊するようにしたことにあり、回路構成は第10図に
示すようになる。
The feature of the embodiment shown in FIG. 8 is that, as shown in FIG. The electrode 43 made of aluminum alloy formed in contact with the N-type diffusion layer 42 is heated by the heat generated by the heating element 12 made of polycrystalline silicon or high melting point silicide formed insulated from the surroundings, and Similar to the seventh embodiment, the P-N junction is destroyed, and the circuit configuration is as shown in FIG. 10.

このような構造にあっては、発熱体12が周囲と絶縁さ
れているので、発熱体をP−N接合の一方の領域と共用
した場合に比して発熱効率が高くなり、発熱体に供給さ
れる電流を少なくしてp−N接合を破壊することが可能
となる。
In such a structure, since the heating element 12 is insulated from the surroundings, the heat generation efficiency is higher than when the heating element is shared with one region of the P-N junction, and the power supply to the heating element is increased. It becomes possible to destroy the p-N junction by reducing the current applied.

なお、この発明は、上記実施例に限ることなく、例えば
絶縁膜11、発熱体12、絶縁膜11及びショットキー
接合やP−N接合の整流性接合を破壊する金属電極にお
ける材質の組合せは、上記実施例に限ることはない。ま
た、拡散層の導電型は、基板13の導電型に応じて決定
すれば良い。さらに、絶縁膜や整流性接合を破壊する際
の電圧値及−び電流値は、発熱体12の抵抗値等に応じ
て決定される。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments; for example, the combination of materials in the insulating film 11, the heating element 12, the insulating film 11, and the metal electrode that destroys the rectifying junction such as the Schottky junction or the P-N junction is as follows: The invention is not limited to the above embodiments. Further, the conductivity type of the diffusion layer may be determined according to the conductivity type of the substrate 13. Further, the voltage and current values at which the insulating film and rectifying junction are destroyed are determined according to the resistance value of the heating element 12 and the like.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、発熱体から発
生する熱で加熱することにより絶縁膜あるいは整流性接
合を破壊し短絡状態とすることによって書込み動作を行
なうようにしたので、製造プロセスの複雑化を招くこと
なく、書込み動作の低電力化を可能とし、汎用性および
信頼性に優れ、高集積化に好適な半導体メモリセルを提
供することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the write operation is performed by heating the insulating film or the rectifying junction by heating it with the heat generated from the heating element and creating a short circuit state. Therefore, it is possible to provide a semiconductor memory cell that can reduce the power consumption of the write operation without complicating the manufacturing process, has excellent versatility and reliability, and is suitable for high integration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第8図はこの発明の第1乃至第8の実施例に
おける要部構造を示す図、 第9図乃至第11図は第1図乃至第8図に示す要部構造
を用いたメモリセルの等価回路図、第12図乃至第13
図は従来のFROMメモリセルの要部構造を示す図であ
る。 1.13・・・半導体基板、 2.14・・・フィールド絶縁膜、 11.15,19,22.25・・・絶縁膜、12.1
7.21,24,32.36・・・発熱体、16.30
・・・拡散層、 20.2B、26,31.33.38.43・・・電極
、 29・・・ショットキー接合ダイオード、34・・P−
N接合ダイオード。 第5図(a) 第5図(b) 第5図(C) 第6図(a) 第6図(b) 第7図(b) 〜4 〜2 も−1 第12図(b) 第13図
FIGS. 1 to 8 are diagrams showing the structure of main parts in the first to eighth embodiments of the present invention, and FIGS. 9 to 11 are diagrams showing structures of main parts in the first to eighth embodiments of the present invention. Equivalent circuit diagrams of memory cells, Figures 12 to 13
The figure shows the main structure of a conventional FROM memory cell. 1.13... Semiconductor substrate, 2.14... Field insulating film, 11.15, 19, 22.25... Insulating film, 12.1
7.21, 24, 32.36...Heating element, 16.30
... Diffusion layer, 20.2B, 26, 31.33.38.43... Electrode, 29... Schottky junction diode, 34... P-
N-junction diode. Figure 5 (a) Figure 5 (b) Figure 5 (C) Figure 6 (a) Figure 6 (b) Figure 7 (b) ~4 ~2 Mo-1 Figure 12 (b) Figure 13

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)選択的に発熱制御される発熱体と、 所定の電圧を選択的に印加する電極と、 前記電極から所定の電圧が印加された状態で前記発熱体
から発生する熱により加熱されて絶縁破壊し、破壊状態
と非破壊状態とでビット線に出力される記憶データを制
御する絶縁膜と を有することを特徴とする半導体メモリセル。
(1) A heating element that selectively controls heat generation, an electrode to which a predetermined voltage is selectively applied, and an insulating material that is heated by the heat generated from the heating element while a predetermined voltage is applied from the electrode. A semiconductor memory cell characterized by having an insulating film that is destroyed and controls stored data output to a bit line in a destroyed state and a non-destructive state.
(2)選択的に発熱制御される発熱体と、 所定の電圧を選択的に印加する電極と、 前記電極から所定の電圧が印加された状態で前記発熱体
から発生する熱により加熱されて短絡し、短絡状態と非
短絡状態とでビット線に出力される記憶データを制御す
る整流性接合領域と を有することを特徴とする半導体メモリセル。
(2) A heating element that selectively controls heat generation, an electrode that selectively applies a predetermined voltage, and a short circuit that is heated by the heat generated from the heating element while the predetermined voltage is applied from the electrode. 1. A semiconductor memory cell comprising a rectifying junction region that controls stored data output to a bit line in a short-circuited state and a non-shorted state.
(3)前記発熱体は周囲と絶縁されて形成されてなるこ
とを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載の半導体
メモリセル。
(3) The semiconductor memory cell according to claim 1 or 2, wherein the heating element is formed insulated from the surroundings.
(4)前記整流性接合領域を形成する一方の接合領域と
前記発熱体とが共通であることを特徴とする請求項1記
載の半導体メモリセル。
(4) The semiconductor memory cell according to claim 1, wherein one of the junction regions forming the rectifying junction region and the heating element are common.
(5)前記絶縁膜あるいは前記整流性接合領域は、前記
電極との共晶反応により絶縁破壊あるいは短絡されるこ
とを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載の半導体
メモリセル。
(5) The semiconductor memory cell according to claim 1 or 2, wherein the insulating film or the rectifying junction region is dielectrically broken or short-circuited by a eutectic reaction with the electrode.
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